基于二維雙向能量調(diào)配樹的能量管理與控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于二維雙向能量調(diào)配樹的能量管理與控制系統(tǒng)及方法，屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于微電網(wǎng)區(qū)域能量管理與控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)一般具有多個微電源，如風(fēng)電、光伏、柴油發(fā)電機(jī)等，微電網(wǎng)也可以使用傳統(tǒng)的大電網(wǎng)提供的電力能源。微電網(wǎng)的能量管理與控制系統(tǒng)應(yīng)至少包含以下幾個模塊:數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，微電網(wǎng)調(diào)度策略和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，微電網(wǎng)狀態(tài)估計，微電網(wǎng)安全分析等。其中微電網(wǎng)調(diào)度策略和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模塊決定了微電網(wǎng)如何高效的使用分布式能源，如何平滑的切換各種微源及微電網(wǎng)的運(yùn)行模式，如何保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定性等一系列的問題。
[0003]目前微電網(wǎng)的能量管理與控制系統(tǒng)一般采用主從控制模式、多代理控制模式和對等控制模式，但是每種控制模式都存在一定的問題。
[0004]主從控制就是在微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)中將某個控制器當(dāng)作主控制器，其他為從控制器，主從控制器之間一般需要有通信聯(lián)系，且從控制器服從主控制器。主控制器實(shí)時檢測系統(tǒng)中的各種電氣量，根據(jù)微電網(wǎng)的運(yùn)行控制目標(biāo)采取相應(yīng)的調(diào)控手段，保持微電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定。主從模式存在以下幾個問題:(I)微電網(wǎng)主從模式下不容易實(shí)現(xiàn)分布式能源的“即插即用”的要求；(2) —旦主控節(jié)點(diǎn)發(fā)生宕機(jī)或者被控節(jié)點(diǎn)與主控節(jié)點(diǎn)通信失敗時，主從模式將無法合理的調(diào)配微電網(wǎng)中分布式能源與負(fù)荷的關(guān)系；(3)控制速度受限于主從節(jié)點(diǎn)間通信速率。
[0005]多代理系統(tǒng)由多個代理通過共同合作來組成，其基本單元是代理，代理可以與其所在環(huán)境進(jìn)行互動。代理由3個功能層組成:管理和組織層、協(xié)調(diào)層以及執(zhí)行層。管理和組織層主要是獲得目標(biāo)定義或質(zhì)詢，以及相關(guān)約束條件，包括執(zhí)行計劃、功能評估和學(xué)習(xí)。協(xié)調(diào)層的任務(wù)是根據(jù)來自管理和組織層的基本過程定義、動作步驟激活動作的執(zhí)行；協(xié)調(diào)層可以對動作進(jìn)行擴(kuò)展，從而對事件進(jìn)行響應(yīng)。執(zhí)行層是一系列動作執(zhí)行，并跟隨著對動作的檢查。多代理模式存在以下幾個問題:(I)需要對每個Agent定制專門的控制策略；(2)Agent之間對于通信速率的要求極高，目前已有的通信手段不容易做到大規(guī)模應(yīng)用；(3)Agent是一個智能單元，采用的人工智能算法需要?dú)v史數(shù)據(jù)的積累，因此一個Agent達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)需要較長的時間。
[0006]對等控制指微電網(wǎng)中的所有分布式電源在控制上具有相同的地位，各控制器之間不存在主從關(guān)系，每個微電源都依據(jù)接入點(diǎn)的電壓和頻率獨(dú)立運(yùn)行。對等控制模式缺點(diǎn):
(I)孤網(wǎng)運(yùn)行時，微電網(wǎng)的電壓和頻率與其額定值之間總是存在一定程度的偏差，且該誤差不易消除；(2)由于微電網(wǎng)中電阻的大小相對于電抗來說不可忽略，微電網(wǎng)電壓受到有功功率的影響、頻率受到無功功率的影響也很顯著，因此采用傳統(tǒng)下垂特性曲線的Droop控制方法的靈敏度可能不夠理想。
[0007]二維能量調(diào)配樹中的每一個節(jié)點(diǎn)都包含了微電網(wǎng)風(fēng)電、光伏、儲能、負(fù)荷的能量關(guān)鍵字，區(qū)域微電網(wǎng)、子微網(wǎng)及微電網(wǎng)內(nèi)的能量系統(tǒng)與能量調(diào)配樹的每一層對應(yīng)。每一個能量節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)及左右兄弟節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。這種架構(gòu)方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效動態(tài)管理微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源和負(fù)荷的變化，因?yàn)樵谶@種架構(gòu)下增加或刪除一個節(jié)點(diǎn)，只影響原結(jié)點(diǎn)和父結(jié)點(diǎn)，而不會影響兄弟結(jié)點(diǎn)，空間使用率更高；另一方面，父子節(jié)點(diǎn)間可以進(jìn)行隨機(jī)能量調(diào)配，而兄弟節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行順序能量調(diào)配，這種二維雙向的調(diào)配方式可以提高能量借調(diào)配置有效性命中率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供基于二維雙向能量調(diào)配樹的能量管理與控制系統(tǒng)及方法，解決單個微電網(wǎng)或子微網(wǎng)出現(xiàn)能源不足的時候可以向臨近微電網(wǎng)或者子微網(wǎng)借調(diào)能源的技術(shù)問題。
[0009]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:基于二維雙向能量調(diào)配樹的能量管理與控制系統(tǒng)，其特征在于，包括網(wǎng)間控制層、區(qū)域控制層、就地控制層，所述網(wǎng)間控制層與所述區(qū)域控制層相連接，所述區(qū)域控制層與所述就地控制層相連接；所述網(wǎng)間控制層包括微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)經(jīng)濟(jì)化的調(diào)配微電網(wǎng)內(nèi)能量的潮流以及協(xié)調(diào)多個微電網(wǎng)聯(lián)合控制；所述區(qū)域控制層包括微電網(wǎng)中央控制器、多個微電網(wǎng)，所述微電網(wǎng)中央控制器負(fù)責(zé)調(diào)配所述區(qū)域控制層的能量并收集微電網(wǎng)中各智能化裝置的信息以及采集所述就地控制層的電氣量，綜合調(diào)控微電網(wǎng)的運(yùn)行；所述就地控制層包括分布式電源控制器、負(fù)荷控制器，用來負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的暫態(tài)功率平衡和負(fù)荷管理。
[0010]優(yōu)選地，微電網(wǎng)的下級設(shè)置有多個子微網(wǎng)，每個微電網(wǎng)包含能量關(guān)鍵字，能量關(guān)鍵字包括風(fēng)電能量關(guān)鍵字、光伏能量關(guān)鍵字、儲能能量關(guān)鍵字、負(fù)荷能量關(guān)鍵字，微電網(wǎng)通過能量關(guān)鍵字指向子微網(wǎng)的指針，用來檢索下級子微網(wǎng)能量輸入輸出的情況；微電網(wǎng)與子微網(wǎng)通過雙向鏈表級聯(lián)；子微網(wǎng)分別與上級子微網(wǎng)、同級子微網(wǎng)、下級子微網(wǎng)互相連接。
[0011]本發(fā)明還提出基于二維雙向能量調(diào)配樹的能量管理與控制系統(tǒng)的方法，其特征在于，能量調(diào)配搜索方式是采用從子微網(wǎng)開始的隨機(jī)查找與同級子微網(wǎng)的順序查找相結(jié)合的方式。
[0012]優(yōu)選地，具體包括如下步驟:
[0013]SSl微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生非計劃性并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)時，斷開PCC點(diǎn)的開關(guān)，將儲能變流器切換到v/f模式下，同時啟動定時器，并檢測定時器是否超時，若定時器檢測為超時，則孤網(wǎng)模式失??；
[0014]SS2判斷子微網(wǎng)負(fù)荷和儲能容量的關(guān)系，如果負(fù)荷小于等于儲能容量，則轉(zhuǎn)入步驟SS3 ;如果負(fù)荷大于儲能容量，則進(jìn)行延時，然后借調(diào)同級子微網(wǎng)的能量，如果成功，則轉(zhuǎn)入步驟SS3 ;如果失敗則繼續(xù)進(jìn)行延時，同時借調(diào)上級子微網(wǎng)的能量，如果成功，則轉(zhuǎn)入步驟SS3，如果失敗則轉(zhuǎn)入步驟SS4 ；
[0015]SS3判斷微電網(wǎng)母線電壓、頻率是否正常，如果是，則光伏逆變器或者風(fēng)電逆變器啟動，啟動孤網(wǎng)模式；否則繼續(xù)進(jìn)行延時，同時監(jiān)測微電網(wǎng)母線電壓、頻率；
[0016]SS4判斷子微網(wǎng)負(fù)荷是否可切除，如果是，則切除二級負(fù)載或者一級負(fù)載，轉(zhuǎn)入步驟SS5 ;否則轉(zhuǎn)入步驟SS6 ；
[0017]SS5判斷子微網(wǎng)負(fù)荷是否大于儲能容量，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟SS6 ;否則轉(zhuǎn)入步驟SS3 ；
[0018]SS6返回信息:微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載過大，v/f模式啟動出現(xiàn)過載風(fēng)險。
[0019]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:(I)采用樹狀結(jié)構(gòu)組織微電網(wǎng)的分布式電源(風(fēng)電、光伏)、儲能、負(fù)荷等之間的能量關(guān)系，可以清晰的反映微電網(wǎng)中多個子微網(wǎng)及多級分布式電源(風(fēng)電、光伏)、儲能、負(fù)荷的關(guān)系；(2)采用二維雙向樹狀結(jié)構(gòu)連接微電網(wǎng)的分布式電源(風(fēng)電、光伏)、儲能、負(fù)荷及各個子微網(wǎng)，提高了能量調(diào)配的效率；(3)微電網(wǎng)的各類分布式電源和負(fù)荷，都是動態(tài)變化的，采用二維雙向樹狀結(jié)構(gòu)管理微電網(wǎng)可提高能量管理系統(tǒng)管理運(yùn)維的效率，因?yàn)樵谶@種架構(gòu)基礎(chǔ)上增加或刪除一個分布式電源或負(fù)荷，只影響原子微網(wǎng)和上級子微網(wǎng)，而不會影響同級子微網(wǎng)，空間使用率更高；(4)搜索方式是采用從子微網(wǎng)開始的隨機(jī)查找與同級子微網(wǎng)的順序查找相結(jié)合的方式，提高了能量借調(diào)配置有效性的命中率。
[0020]相關(guān)技術(shù)術(shù)語的名詞解釋:
[0021]微電網(wǎng)(Micro grid, MG):是由分布式電源(DR)、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置構(gòu)成的一個單一可控的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，通過本地分布式電源或中、小型傳統(tǒng)發(fā)電方式的優(yōu)化配置，向附近負(fù)荷提供電能的特殊電網(wǎng)，是一種基于傳統(tǒng)電源的較大規(guī)模獨(dú)立系統(tǒng)；在微電網(wǎng)內(nèi)部通過電源和負(fù)荷的可控性，在充分滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行或獨(dú)立自治運(yùn)行；微電網(wǎng)對外表現(xiàn)為一個整體單元，并且可以平滑并入主網(wǎng)運(yùn)行。
[0022]分布式電源(Distrbuted resources, DR):為滿足用戶特定的需要、支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或同時滿足這兩方面的要求，且在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場配置功率數(shù)千瓦級到兆瓦級的小型、與環(huán)境兼容的發(fā)電系統(tǒng)；目前大多數(shù)分布式電源以新能源、可再生能源和熱電聯(lián)或熱冷電聯(lián)為主。
[0023]儲能:通過控制手段將某種能源儲存或釋放；可分為物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器儲能等)三大類。
[0024]多代理系統(tǒng)(mult1-agent system)是一種能夠智能和靈活地對工作條件的變化和周圍過程的需求進(jìn)行響應(yīng)的系統(tǒng)；多代理系統(tǒng)由多個代理通過共同合作來組成，其基本單元是代理，代理可以與其所在環(huán)境進(jìn)行互動；代理由3個功能層組成:管理和組織層、協(xié)調(diào)層以及執(zhí)行層。管理和組織層主要是獲得目標(biāo)定義或質(zhì)詢，以及相關(guān)約束條件，包括執(zhí)行計劃、功能評估和學(xué)習(xí)；協(xié)調(diào)層的任務(wù)是根據(jù)來自管理和組織層的基本過程定義、動作步驟激活動作的執(zhí)行；協(xié)調(diào)層可以對動作進(jìn)行擴(kuò)展，從而對事件進(jìn)行響應(yīng)。執(zhí)行層是一系列動作執(zhí)行，并跟隨著對動作的檢查。
【附圖